KR102089821B1 - 다중 채널 음성 시스템 내에서 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법 - Google Patents

다중 채널 음성 시스템 내에서 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 바람직하게 스테레오-신호로서의 입력 신호 L 및 R이 디코딩되는 다중 채널 음성 시스템 내에서 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 방향 성분의 추출을 토대로 해서 입력 신호 L 및 R의 공간적인 재생의 추가 개선에 도달하도록 이 방법을 개선하기 위하여, 본 발명은, 신호 R 및 L이 적어도 nL - mR 형태의 2개 신호로 디코딩되는 것을 제안하며, 이때 n, m = 1, 2, 3, 4이다.

Description

다중 채널 음성 시스템 내에서 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법{METHOD FOR PROCESSING A MULTICHANNEL SOUND IN A MULTICHANNEL SOUND SYSTEM}
본 발명은, 바람직하게 스테레오-신호로서의 입력 신호 L 및 R이 디코딩되는 다중 채널 음성 시스템 내에서 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
서문에 언급된 유형의 방법은 당업자에게 공지되어 있으면서도 잘 알려져 있다.
간행물 US 5,046,098호에 개시된 사전에 공지된 방법에서는, 전방 신호 L' 및 R' 그리고 중앙-신호 C 및 서라운드-신호 S가 발생 되며, 이 경우에는 합산 및 차 형성에 의해서 중앙-신호 C=a1*L+a2*R 및 서라운드-신호 S=a3*L-a4*R 및 전방 신호 L'=a5*L-a6*C 및 R'=a7*R-a8*C가 2개의 입력 신호 L 및 R로부터 형성된다. 이와 같이 가중된 합(summation)의 계수 a1...a8은 레벨 측정으로부터 추론된다. 이와 같은 차 형성을 제어하기 위하여, 좌측 및 우측 채널의 레벨 차 DLR로부터 그리고 적분 신호 및 미분 신호의 레벨 차 DCS로부터 2개의 제어 신호가 계산된다. 이들 2개의 제어 신호는 이와 같은 역학(dynamic) 내에서 시간 변화(time-variant) 응답 시간에 따라 변경된다. 그 다음에, 이 2개의 새로운 시간 변화 제어 신호로부터, 4개의 개별 가중 계수(weighting coefficient) EC, ES, EL 및 ER이 추론되며, 이들 가중 계수는 전방 신호 L' 및 R' 그리고 중앙-신호 C 및 서라운드-신호 S를 계산하기 위한 시간 변화 출력 행렬(output matrix)을 가능하게 한다.
간행물 US 2004/0125960 A1호는, 시간 변화 제어 신호에 의한 디코딩의 확장을 내용으로 하는, 서문에 언급된 유형의 또 다른 한 방법을 개시한다. 이때, 2개의 전방 신호 LOUT 및 ROUT는 2개의 입력 신호 L 및 R 그리고 가중된 합산 신호 (L+R) 및 가중된 차 신호 (L-R)의 감산(subtraction)으로부터 얻어진다. 중앙-신호 C는 합산 (L+R) 그리고 가중된 입력 신호 L 및 R의 감산으로부터 나타난다. 서라운드-신호 S는 총합 (L-R) 그리고 가중된 입력 신호 L 및 R의 감산으로부터 이루어진다. 가중 계수 gl, gr, gc 및 gs는, 재귀 구조(recursive structure) 내에서 이루어지는 신호 L 및 R의 레벨 매칭 혹은 L+R 및 L-R로부터 얻어진다.
또한, 간행물 US 6,697,491 B1호에서, L/R 및 (L+R)/(L-R)을 위한 레벨 차 계산은, 다중 채널 음성 처리에서 가중된 행렬 디코딩을 위한 제어 신호를 추론하기 위해서 이용된다.
간행물 US 5,771,295호에 기술된 다중 채널 음성 처리 방법에서는, 스테레오-신호로부터, 다시 말해 입력 신호 L 및 R로부터 전방 신호 LO 및 RO, 중앙-신호 CO 및 서라운드-신호 LRO 및 RRO가 추론된다. 각각의 신호를 위해, 신호 L, R, L+R 및 L-R로부터 가중값을 갖는 각각 다른 신호가 감산된다. 이와 같은 사전에 공지된 다중 채널 음성 처리 방법의 범위 안에서는, 레벨 비율 계산 이외에 주파수에 의존하는 가중 계수도 추론된다. 이때 중앙-신호 C는 다만 레벨에서만 변동되는 반면에, 2개의 서라운드-신호 LRO 및 RRO는 2개의 주파수 대역에서 그리고 위상 반전된 상태에서 추론될 수 있다.
다중 채널 음성 시스템 내에서 다중 채널 음성을 처리하기 위한 전술된 방법들은 주로 키노톤(Kinoton)-신호의 처리를 위해서 개발되었다. 이 경우에는, 동적으로 발생하고 대부분 언어 신호 및 효과 신호 형태인 신호 방향들을 공간적으로 복수의 스피커를 통해서 방향에 적합하게 재생하는 것이 중요했었다. 이와 같은 신호 유형에서는, 이들 다중 채널 신호의 동적인 제어가 방향 구별을 지원해준다. 하지만, 그에 비해 음악적인 스테레오-녹음에서의 방향 정보는 높은 백분율로 동적이 아니며, 오히려 정적이고, 특별한 공간 효과에서는 오히려 적게 변경된다. 간행물 US 2004/0125960 A1호에 개시된 방법의 범위 안에 있는 음향적인 조사들은 방향 정보의 최소 제어를 보여주는데, 그 이유는 우세한 방향이 스테레오-믹스 내부에서는 드물게 나타나기 때문이다. 그 다음에 이어서 재차 스테레오-인코딩이 실행되는 경우에는, 이와 같은 시간 변화 다중 채널-제어가 신호의 공간적인 이동을 보증해준다.
그와 달리, 스테레오-신호의 공간적인 해상도 개선을 위해서 훨씬 더 결정적인 것은 방향 신호 성분의 추출, 및 정적인 또는 주파수에 의존하는 가중값에 의해서 방향 신호를 가중시키는 것이다. 그렇기 때문에, 간행물 WO 2010/015275 A1호는 서문에 언급된 유형의 방법의 중요한 진보가 되는데, 그 이유는 이 간행물에서는, 상이한 레벨 조절기에 의해 스테레오-신호를 평가하기 위하여, 이 스테레오-신호를 공간 성분으로 분할하는 과정이 이루어지기 때문이다. 그 다음에는, 평가된 공간 신호들이 재차 하나의 스테레오-신호로 합쳐진다. 공간 신호 성분의 가중으로 인해, 스테레오-신호는 공간적인 재생의 개선을 경험하게 된다.
따라서, 본 발명의 과제는, 방향 성분의 추출을 토대로 해서 입력 신호 L 및 R의 공간적인 재생의 추가 개선에 도달하도록, 서문에 언급된 유형의 방법을 개선하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 1의 특징들에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들에서 드러난다.
본 발명에 따라, R 및 L은 적어도 nL - mR 형태의 2개 신호로 디코딩되는 것을 제안하며, 이때 n, m = 1, 2, 3, 4이다. 그럼으로써, 바람직하게는 공간적인 재생의 개선 및 입력-신호 L 및 R의 투명도에 도달하게 된다. 이 목적을 위하여, 디코딩시에는 바람직하게 신호 L-R(다시 말해, n,m = 1임) 및 2L-R(다시 말해, n=2이고 m=1임)이 형성된다.
바람직하게, 신호 L 및 R은 하나의 공간 신호(R) 및 하나의 중앙-신호로 디코딩된다. 이때, 이 공간 신호는 신호 L과 R의 차(RL)로부터 그리고/또는 신호 R과 L의 차(RR)로부터 형성된다.
신호 L 및 R을 전방 신호 Lfront 및 Rfront, 중앙-신호 C 그리고 서라운드-신호 SL 및 SR로 분할하는 것을 제안하는 종래의 방법과 달리, 본 발명에 따른 방법에 의해서는, 스테레오-분할의 확장에 의해서 스테레오-신호의 공간-확장 및 스테레오-확장에 도달하게 된다. 이 목적을 위하여, 공간-신호 RL=L-R 및 RR=R-L이 입력 채널 R 및 L로부터 추가로 계산된다.
이와 같은 특성들은 다음과 같은 시스템들에서 검증된다:
- MS40 Behringer-모니터-스피커
- Toshiba 노트북
- IMAC27 계산기
- 돌비모바일(DolbyMobile)이 탑재된 이동 전화 LG GM205
- BBE 서라운드를 갖춘 Philips 평면 스크린-텔레비전 42PFL9703D
- 도킹 스테이션 JBL 온 스테이지 400p.
돌비모바일, 가상 돌비 서라운드(Virtual Dolby Surround) 및 다른 스테레오-공간화 장치와 비교한 결과들은, 본 발명에 따른 방법이 스테레오-사운드 패턴(sound pattern)의 훨씬 더 중립적인 개선을 형성한다는 사실을 보여준다.
음향 심리학적인 조사들의 범위 안에서는, 또한 차 L-R로부터 서라운드-신호를 추론하는 것이 개선된 스테레오 확장 및 공간 확장을 위한 또 다른 중요한 단계로서 입증되었다. 이 경우에는 재차, 집중적인 청취 테스트 후에, 서라운드-신호 SL=2L-R 및 SR=2R-L의 비율이 유리한 것으로 밝혀졌다. 그렇기 때문에, 본 발명의 한 바람직한 실시 예는, 서라운드-신호 SL=2L-R 및 서라운드-신호 SR이 차 SR=2R-L로부터 형성되는 것을 제안한다.
이러한 실시 예에서는, 서라운드-신호의 주파수에 의존하는 가중이 장점이 된다. 그렇기 때문에, 바람직하게는 신호 SL 및 SR의 주파수에 의존하는 가중이 이루어진다. 주파수에 의존하는 가중은 바람직하게 하이트 쉘빙-필터(height shelving-filter)를 사용해서 이루어진다.
바람직하게, 신호 LP 및 RP에는 신호 L 및 R이 가산된다.
본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 오디오 시스템은 청구항 13의 대상이며, 이 경우 이 오디오 시스템은 바람직하게 오디오 프로세서 형태의 신호 프로세서를 구비한다.
본 발명의 범위 안에서는, 신호 프로세서상에 있는, 다시 말해 신호 프로세서로 유입된(imported) 소프트웨어도 제공되어 있다. 이때, 이 소프트웨어는, 신호 프로세서에 의해서 실행되는 알고리즘을 포함하며, 이 경우에는 이 알고리즘이 방법을 기록한다.
또한, 본 발명은 이 방법을 실시하기 위한 신호 프로세서를 포함한다.
본 발명은 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 개략도로 보여준다.
도 1은, 4개의 방법 섹션 A, B, C, D를 갖는 본 발명에 따른 방법을 보여준다. 세부적으로는, 다음과 같은 방법 섹션들이 다루어진다:
- 디코딩(방법 섹션 A),
- 디코딩된 신호의 처리(방법 섹션 B),
- 인코딩(방법 섹션 C),
- 인코딩된 신호의 처리(방법 섹션 D).
이 방법은, 디코딩의 범위 안에서, 스테레오-신호로서 존재하는 입력 신호 L 및 R이 3개의 신호 성분으로 분할되는 것으로 시작하며, 이 경우 신호 L 및 R은 그대로 유지될 수 있다. 신호 성분으로서는 중앙-신호 C, 공간 신호 R 그리고 서라운드-신호 SL 및 SR이 사용된다. 이때, 중앙-신호 C는 단일 채널인데, 다시 말해 중앙-신호는 다만 채널 C만을 포함하는 한편, 공간-신호 R 및 서라운드-신호 S는 2채널인데, 다시 말해 이들 신호는 신호 RL 및 RR 또는 SL 및 SR을 포함한다. 이때, 서라운드-신호 및 공간-신호 SL, SR 그리고 RL 및 RR은 스테레오-신호 L 및 R의 방향 및 공간 정보를 포함한다.
방법 섹션 A에서는 신호, 다시 말해
- 모노 신호로서도 명명되는 단일 채널의 중앙-신호 C=L+R,
- 2채널 공간 신호 R의 스테레오-성분 RL=L-R 및 RR=R-L, 및
- 2개의 2채널 서라운드-채널 SL=2L-R SR=2R-L이,
스테레오-신호 R 및 L로부터 5개의 병렬 단에서 디코딩된다.
방법 섹션 A에는 방법 섹션 B가 이어지며, 이 방법 섹션 B에서는 채널 C, RL, RR, SL 및 SR의 처리가 이루어진다. 중앙-신호 C 및 공간-신호 RL=L-R 및 RR=R-L의 소리 세기(loudness)를 조절하기 위하여, 제1 레벨 조절기(1, 2)에 의해서 이들 신호에 레벨 가중이 제공되며, 이 레벨 가중은 팩터 1.5 내에서 나타난다. 이와 같은 제1 레벨 가중 후에, 또 다른 레벨 조절기(3, 4)에 의해서 또 다른 가변적인 레벨 가중이 이루어지며, 이러한 가변적인 레벨 가중은 디코딩된 신호의 음향 특성들을 L, R에 가중시킨다.
그와 달리, 2개의 서라운드-신호 SL=2L-R 및 SR=2R-L은 하이트 쉘빙-필터(5, 6)에 제공되며, 이 필터에 의해서 서라운드-신호 SL 및 SR의 주파수 응답(frequency response)이 설정된다. 다시 말해, 신호 SL 및 SR의 주파수에 의존하는 가중이 이루어지며, 이 경우에는 필터(5, 6)가 주파수 범위 안에서 바람직하게 2 kHz만큼 최소로 주파수 이동됨으로써, 결과적으로 방법 섹션 C에서 이루어지는 인코딩의 경우에는 소거 효과가 최소로 되지만, 그와 동시에 원래의 증폭 효과는 강조되는데, 특히 하이트 쉘빙-주파수 응답에 의해서, 바람직하게 2 KHZ에서는 예를 들어 3 dB만큼 강조된다. 그 다음에, 서라운드-신호 SL, SR이 레벨 조절기(7, 8)에 제공되며, 이들 레벨 조절기는 디코딩된 신호의 음향 특성들을 SL, SR에 가중시킨다.
이로써, 인코딩의 경우에는, 다시 말해 방법 섹션 C에서는, 방법 단계 A에서 이미 이루어진, 다음과 같은 형태의 신호 C, RL, RR, SL, SR의 가중 후에:
Figure 112015081266339-pct00001

하기 식에 따라 인코딩된 스테레오 신호 LP, RP가 나타나거나
Figure 112015081266339-pct00002

또는 서라운드-신호 SL, SR의 필터링 후에, 다음과 같은 신호가 나타난다.
Figure 112015081266339-pct00003

마지막 방법 섹션 D에서는, 인코딩되고 가중된 신호 LP, RP가 스테레오-이퀄라이저(9, 10)에 의한 후처리를 경험한다. 사운드 패턴을 더욱 풍부하게 하기 위하여, 특별한 비선형 특성 곡선(NL)이 사용된다. 이와 같은 비선형 특성 곡선은 입력 진폭 x를 출력 진폭 y로 전사한다. 사용된 비선형 특성 곡선 y=f(x)는 다음과 같다:
Figure 112015081266339-pct00004

이와 같은 특성 곡선에 의해서는, 직접-음악 신호에 배음(harmonic overtone)이 부가된다. 마지막으로, 신호 LP, RP는 방법 섹션 D에서, 레벨 조절기(11, 12)가 직접 신호에 대한 배음 혼합의 정도를 결정하는 방식의 또 다른 후처리를 경험한다. 마지막으로, 추가 처리는, 방법 결과들의 전체 레벨을 조절할 수 있게 만드는 레벨 조절기(13, 14)에 의해서 이루어진다.
본 발명은, 실시에 있어서 앞에서 제시된 실시 예에 한정되지 않는다. 오히려, 다른 형태의 실시에서도 본원에 기술된 해결책을 이용하는 소수의 변형 예를 생각할 수 있다. 예를 들어, 방법 섹션 D의 범위 안에서는, 사운드 패턴을 풍부하게 하기 위하여 맥시마이저(maximizer), 다시 말해 컴프레서(compressor)/리미터(limiter)가 사용될 수 있다.
1, 2: 제1 레벨 조절기
3, 4: 또 다른 레벨 조절기
5, 6: 하이트 쉘빙-필터
7, 8: 레벨 조절기
9, 10: 스테레오-이퀄라이저
11, 12, 13, 14: 또 다른 소자들

Claims (15)

  1. 입력 신호 L 및 R이 디코딩되는 다중 채널 음성 시스템 내에서 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 신호 R 및 L이 적어도 nL - mR 형태의 2개 신호로 디코딩되며, 이때 n, m = 1, 2, 3, 4이고,
    상기 입력 신호 L 및 R은 공간적으로 재생되며(spatially reproduced) 서라운드 신호 SL 은 SL = 2L-R로부터 그리고 서라운드 신호 SR 은 SR = 2R-L로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 L 및 R은 공간 신호 R 및 중앙 신호 C로 디코딩되며,
    공간 신호 RL이 신호 L 및 R의 차로부터 형성되거나, 공간 신호 RR이 신호 R 및 L의 차로부터 형성되는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    인코딩은 인코딩된 신호 LP, RP 를
    Figure 112019097029887-pct00010
    및
    Figure 112019097029887-pct00011

    의 형태로 제공하는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 RL, RR, C, SL 및 SR이 레벨 가중값 VC, VR, VS을 받는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    인코딩은 인코딩된 신호 LP, RP를
    Figure 112019097029887-pct00012
    및
    Figure 112019097029887-pct00013

    의 형태로 제공하는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 신호 SL 및 SR에 대한 주파수에 의존하는 가중이 실시되는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주파수에 의존하는 가중이 하이트 쉘빙-필터(5, 6)를 이용해서 실시되는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 신호 LP, RP가 이퀄라이저(9, 10)를 이용해서 필터링 되는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 신호 LP, RP에 배음(harmonic overtones)이 부가되는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배음의 부가는 컴프레서/리미터 또는 y=tanh((1/7.522*atan(7.522*x)*(sign(x)+1)/2+x*sign(-x)+1)/2)/0.5)*0.5의 형태의 비선형 특성 곡선을 이용해서 실행되고, 상기 비선형 특성 곡선은 입력 진폭 x를 출력 진폭 y로 전사하는, 다중 채널 음성을 처리하기 위한 방법.
  11. 신호 프로세서로 유입되는 소프트웨어를 저장하는 컴퓨터-판독가능 저장매체로서,
    상기 소프트웨어가 상기 신호 프로세서에 의해서 실행되는 알고리즘을 포함하며, 상기 알고리즘이 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독가능 저장매체.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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